南方周末 11小时前
活着就要发光
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一项研究表明,包括人在内的生物体在活着时会发出微弱的生物超弱光子发射(UPE),这种光肉眼不可见,但可用特殊仪器检测。研究通过小鼠和植物实验证实,UPE的强度与生物体的生命活力、代谢活动和应激状态密切相关。这项发现不仅有助于理解生物体的生理和病理状况,还可能对死亡标准的判断提供新的视角。

💡 生物超弱光子发射(UPE)是生物体生命活力的体现:研究表明,所有生物都会自发发射肉眼不可见的UPE。UPE的强度与生物体的生理状态密切相关,活着的小鼠UPE强度明显高于死亡小鼠。

🔬 UPE的产生与生物体内的代谢活动和活性氧(ROS)有关:生物体内的代谢活动和生化反应会产生ROS,ROS是生成UPE的基础材料。当生物体面对应激源时,会产生更多ROS,从而增强UPE。

🌱 植物的UPE也受多种因素影响:研究发现,植物的UPE受温度、伤害和化学物质处理等因素的影响。温度升高会加速植物代谢,增强UPE;而受伤部位和化学物质处理也会影响UPE的强度。

2025-06-24 08:00:00
人能看见光和万物,是因为有感官器官和光源。就人的感光器官眼睛和大脑来说,由于感受光的能力有限,有一些光能看到,如阳光,还有一些光看不到,如X光、紫外线(需要特殊设备才能看到)。就光源来说,有自然光源和人造光源,前者如阳光、月光、火焰等,后者如各种人造灯具发出的光,如白炽灯、LED灯光等。

在自然光源中,除了阳光、月光外,还有一些生物,如水母、萤火虫也会发光。早就有研究人员指出,凡是活着的生物都有可能发光,包括动物、植物、微生物和人。在形而上的意义上,“人死如灯灭”证明人活着会发光。现在,一项新的研究从形而下的角度证实,人活着就会发光,只是人的祼眼看不到人自身发出的光而已,就像人的听力只能听到强度为0-130dB、频率为20-20000Hz的声音一样,超出这些范围的声音都听不到。

发光的水母。视觉中国|图

人看不到的生物光是指生物存活时发出的生物超弱光子发射(ultra-weak photon emission, UPE),要用特殊的仪器才可以检测到,活着的生物每秒有数十或数百个光子发射。早在2020年,巴西坎皮纳斯州立大学的一个研究团队就发现,绿豆、玉米和小麦的单个发芽幼苗的总光子数会随幼苗生长时间而变化,植物的生长与UPE呈线性相关,不同的植物的生长与UPE有不同的线性关系,因此可以作为评估幼苗早期发育健康状态的一种标准。

现在,加拿大卡尔加里大学和加拿大国家研究委员会的研究人员用更先进的成像设备——电子倍增感光耦合组件(EMCCD)相机来对生物体进行拍摄实验,这种相机可以捕捉到单光子。研究人员不仅捕获到小鼠的UPE,而且能拍摄到植物的UPE,并且观察到活体小鼠的UPE强度明显高于死去的小鼠。而在植物中,UPE受到温度、伤害以及化学物质处理等多种因素的影响,展现出不同的变化特征。

已经有很多研究发现,所有生物(如细胞培养物、细菌、植物、动物、人类等)都能自发发射极低水平的肉眼无法看到的光(UPE),而且会因环境条件的不同发出强弱不等的UPE。这表明,人活着就会要发光并非空话,UPE是生物体生命活力的一种体现。

研究人员选用了一种小鼠和几种植物进行研究。采用的小鼠是SKH1小鼠,是一种免疫正常的无毛小鼠,在皮肤病学研究中应用最广。由于无毛,无色素沉着而且免疫功能正常,允许随时操作皮肤,避免了脱毛引起的炎症反应,并在皮肤伤口愈合、癌变和炎症的过程被很好地表征并很容易观察到。

在加拿大卡尔加里的大学实验室中,研究人员用异氟醚麻醉小鼠,将它们放在成像台上,暗适应30分钟后,进行1小时的生物光子成像拍摄,小鼠全程都保持着仰卧姿势。拍摄完成后,小鼠被二氧化碳处以安乐死,马上又放回成像台,再次暗适应30分钟,用相同设置重新拍摄。为排除体温干扰,死后小鼠被加热至正常体温。

小鼠生前和死后拍摄的结果显示,活着的小鼠始终表现出更显著的UPE光亮,UPE图像整体亮度高,但死后小鼠的UPE几乎熄灭,只剩个别亮点,这些亮点在此前活体小鼠身上是亮度集中的区域,说明只要有生命力,UPE就明亮增强。

动物活着为何会发出显著的UPE光亮,研究人员认为,只要活着,生物体内就有各种代谢活动和生物化学反应,这些生物活动会产生大量活性氧(ROS),后者就成为生成UPE的基础材料。

正常情况下,动物细胞内抗氧化防御机制与活性氧之间会处于平衡状态,但当生物体面对应激源,如环境毒素、病原体或生理失衡时,就会激活生化途径,产生活性氧,包括超氧阴离子、过氧化氢和羟自由基等,它们不仅是细胞应激反应的信号分子,还会引发脂质过氧化和蛋白质氧化,电子因此被激发并转移,在这个过程就会产生UPE。

如果生物死亡,如小鼠死亡,体内的代谢活动停止,生化反应也结束,能量变化等于零,UPE就大幅降低,仅剩下一些本来UPE就强的身体部位还能发出微弱光芒。

根据这个原理,同样是生物体的植物也会发出UPE。为了验证这一推论,加拿大研究人员又以常见的拟南芥(活体植株)和采自七叶树(Heptapleurum arboricola)的新鲜绿色叶片进行实验,也用EMCCD相机拍摄。

研究人员先是把这些植物进行暗适应30分钟,之后再拍摄。但是,对植物需要进行应激处理才能拍摄到较强的UPE,对拟南芥采用温度变化的方式让其处于应激状态,即在22摄氏度到26摄氏度控制温度下进行实验拍摄。而对七叶树叶子是采用切割叶尖来制造伤害,同时每片叶子分别接受酒精、过氧化氢和苯佐卡因等化学物质处理,使七叶树叶子处于应激状态。

温度变化对拟南芥发出UPE的影响比较显著。在22-26摄氏度温度区间内,随着温度升高,拟南芥发出的UPE光强度逐渐增大。原因在于,温度升高会加速植物体内的生化反应和代谢过程,如线粒体呼吸作用和酶促反应,由此增加了活性氧的产生,使得UPE的强度上升。但当温度超过36摄氏度,拟南芥发出的UPE光度明显下降,原因可能是高温破坏了细胞的完整性,降低了光子发射。

由于分别用酒精、过氧化氢和苯佐卡因处理过七叶树受伤的叶子,受伤部位发出的UPE光亮都比未受伤部位高得多。比较而言,用苯佐卡因处理后的叶子受伤部位UPE最亮,甚至比已知能增强UPE的过氧化氢处理后的光亮还强。

苯佐卡因对动物的作用主要是通过阻断细胞的钠离子通道起到局部麻醉作用,植物也有钠离子通道,但阻断植物细胞的钠离子通道为何能让其发出极强的UPE光亮,是因为与活性氧相互作用,还是因为其他别的机制,需要进一步的研究来揭秘。

这些研究的意义在于,通过生物体的发光可以了解其生理和病理状况,以判断生物体是健康还是生病,同时可以监控作物的生长情况。而对于人来说,还可以作为一种死亡标准,与心跳呼吸停止的传统标准和脑死亡的标准结合起来判断是否死亡。

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